低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星相对于中高轨卫星轨道高度低、传输时延短、路径损耗小,目前利用低轨卫星的服务已经广泛应用于实时通信、遥感等领域。针对现有单星传输系统中服务时间短、误码率高、传输速率低等问题,提出一种星间协作传输模型,利用多颗卫星构成LEO协作系统来获得分集增益,旨在提高卫星传输可靠性、扩大通信覆盖范围、延长服务时间。本文重点考虑LEO卫星高移动性、能量受限的特点,对协作中继选择和功率分配方案展开了研究,具体工作如下:针对现有中继选择策略多假设已知理想信道状态信息,而卫星在高动态环境下无法获取实时信道状态信息的问题,利用统计信道信息,提出一种基于遍历容量的中继选择算法。首先,在LEO协作系统星间链路与星地链路服从不同分布信道模型下,推导得到了协作链路遍历容量闭式表达式。在此基础上,考虑到协作节点之间的公平性,通过建立能量代价函数加权遍历容量来动态调整协作卫星的优先级,兼顾了系统通信质量和协作能量消耗。研究结果表明,该方法在可靠性和公平性之间可以达到很好的折中,并且一定程度上延长了卫星的服务时间。在确定协作卫星基础上,针对现有低轨卫星功率分配算法并未对功率进行时间上优化,无法适应卫星高动态性的问题,论文结合已知的卫星轨道及统计信道信息,提出了一种基于时间切片的功率优化方案。首先根据低轨卫星信道变化快慢将过顶时间离散为个时间切片,并定义了接收信噪比的相对量化误差来衡量其划分性能好坏。在此基础上,将功率优化问题建模为过顶过程中系统总吞吐量最大而总能量受限的维功率优化问题,通过凸优化方法得到了协作卫星维功率的闭式表达式。研究结果表明,该方法可以提高系统可靠性,并在一定程度上延长了卫星的服务时间。